Информационная система "Конференции"

IV Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям

Красноярск, Академгородок, 3-5 ноября 2003 года

Тезисы докладов

Вычислительная математика и математическое моделирование

Численное моделирование структуры разряда в канале МГД-ускорителя

Нестеров Д.А.

Институт Вычислительного Моделирования СО РАН (Красноярск)

В данной работе разработана двумерная нестационарная вычислительная модель взаимодействия движущегося разряда с газом в МГД-канале для условий соответствующих эксперименту, результаты которого опубликованы в работе [1]. Модель основана на численном решении нестационарной системы двумерных уравнений газовой динамики для невязкого газа. При этом правые части уравнений учитывали объемную электродинамическую силу, Джоулеву диссипацию и радиационный теплообмен. Помимо внешнего магнитного поля учитывалось также индуцированное магнитное поле. Для решения двумерных газодинамических уравнений используется явная схема Мак-Кормака с применением расщепления по пространственным координатам [2]. В связи с тем, что течение содержит области с большими градиентами параметров, для устранения осцилляций и увеличения точности расчетов используется FCT метод коррекции потоков [3].

Электромагнитные взаимодействия рассчитываются исходя из заданной величины тока питающего разряд. Для расчета радиационных потоков энергии решается уравнение переноса излучения для двумерного случая с граничными условиями, соответствующими отсутствию падающего извне излучения. Для решения уравнения переноса применяется многогрупповое приближение. Значение коэффициента поглощения задается в виде таблиц от температуры, давления и частоты. Решение уравнений переноса занимает наибольшую долю машинного времени. Для сокращения временных затрат уравнения переноса решаются только в горячей области потока и ближайшей окрестности, где излучение оказывает реальное влияние на течение процесса.

Вычислительная модель реализована в виде программы, включающей в себя расчетный модуль и модуль визуализации полученных данных. Использование модели позволяет получать двумерную картину потока в любой момент времени.

С помощью модели были проведены вычислительные эксперименты. Результаты сравнивались с данными, которые были получены на экспериментальной установке. Численное моделирование процесса при аналогичных условиях позволило объяснить ряд особенностей формирования структуры разряда, выявленных в эксперименте. Такими особенностями являются наличие обтекания разрядной области и ее возможное разделение на несколько частей. Качественно структура разряда, полученная в численном расчете аналогична экспериментальным снимкам. Силовое взаимодействие может приводить к разрыву разряда на несколько частей. А излучение является причиной более интенсивного остывания пристенных областей разряда, снижения их электропроводности и степени взаимодействия с магнитным полем. Уменьшение силы со стороны магнитного поля приводит к их уносу потоком, в результате этого разряд не заполняет полностью сечения канала. Выявлено, что структура плазменного образования существенно нестационарна, в ходе процесса возможно как разделение разряда на отдельные части, так и их слияние, а в некоторых случаях наблюдается разрушение плазменного образования с распределением тока по всему каналу, что также согласуется экспериментальными данными.

Литература

[1] Кухтецкий С. В. и др. Интегральная модель разряда в рельсовом ускорителе с учетом обтекания // Журнал прикладной механики и технической физики, 1986, №1, с.40-46.

[2] Андерсон Д. и др. // Вычислительная гидромеханика и теплообмен, 1990.

[3] Флетчер К. // Вычислительные методы в динамике жидкостей, 1991.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии
Обратная связь

[Головная страница]
[Конференции]